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题名基于超材料的周期管道系统弯曲波带隙分析及控制
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作者
李小双
蒋帅
郭振坤
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机构
北京建筑大学机电与车辆工程学院
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出处
《人工晶体学报》
北大核心
2025年第4期589-597,共9页
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基金
国家自然科学基金(12102031,12472004)。
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文摘
管道系统广泛应用于工业领域,为有效控制管道中的振动,本文设计了一种安装单自由度谐振器的周期管道结构,研究了弯曲波的传播特性。采用传递矩阵法结合Bloch定理推导出传输常数和频率之间的色散关系,并通过有限元仿真验证了能带结果。结果表明,在0~250 Hz存在3个禁带和3个通带,其中第一通带频率范围非常窄,而第二和第三通带频率范围较宽。为了分析管道参数对振动传递特性的影响,采用控制变量法分别对单胞长度、管厚和内径尺寸等进行了参数分析。结果表明,单胞长度的增加会缩小带隙宽度,而管厚和内径尺寸的增加则会扩大带隙宽度。最后,为实现对通带宽度的控制,引入单自由度谐振器,对特定通带进行有效控制,并通过有限元分析确定谐振器的最佳安装位置。结果表明,谐振器对通带宽度具有显著的缩减效果。研究结果为管道结构振动控制提供了理论支持,并可应用于低频振动隔离设计中。
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关键词
声学超材料
周期管道系统
弯曲波
带隙
谐振器
传递矩阵法
振动传递率
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Keywords
acoustic metamaterial
periodic pipeline system
flexural wave
bandgap
resonator
transfer matrix method
vibration transmission
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分类号
O735
[理学—晶体学]
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